蝦青素來源及生物活性的研究進展

呂亭亭，劉海麗，馮曉慧，葛　聲

(上海交通大學附屬第六人民醫院臨床營養科，上海　200233)

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蝦青素來源及生物活性的研究進展

呂亭亭，劉海麗，馮曉慧，葛聲

(上海交通大學附屬第六人民醫院臨床營養科，上海200233)

蝦青素(3，3’-二羥基-4，4’-二酮基-β，β’-胡蘿卜素)是一種類胡蘿卜素，來自于微生物和海洋動物。目前已有大量體內、體外研究表明，蝦青素被用來預防糖尿病、心血管疾病、神經系統疾病等，對人類和動物健康有促進作用。本文綜述蝦青素的來源、生物活性及安全性等的研究進展。

蝦青素；類胡蘿卜素；抗氧化

蝦青素是一種斷鏈抗氧化劑，有極強的猝滅單線態氧和清除自由基能力，比維生素E強百倍以上，被稱為“超級維生素E”。許多研究指出，蝦青素對健康具有促進作用，能夠預防和治療多種疾病[3，4]。如今，蝦青素已被制成保健品，并作為食用色素、畜牧業和水產品的飼料添加劑得到較為廣泛的應用。

1　蝦青素的來源

1.1人工合成

蝦青素是類胡蘿卜素合成的終點，β-胡蘿卜素需要加上2個羥基和2個酮基才能轉變為蝦青素，人工化學合成較困難。蝦青素具有3S-3’S、3R-3’S、3R-3’R(也稱為左旋、內消旋、右旋)3種異構體，其中，人工合成的蝦青素為3種結構的混合體，抗氧化活性極少。

1.2生物來源

天然蝦青素主要存在于藻類、酵母菌、三文魚、鱒魚、蝦等，生物來源的蝦青素使用安全，具有環境友好性，有廣闊的發展前景。目前，天然蝦青素主要依靠微生物發酵生產，能產蝦青素的微生物包括：真菌擔子菌綱的發夫酵母屬，兩株同化烴類的細菌和生長在氮缺乏環境下的綠藻類。雨生紅球藻是一種重要的蝦青素產生菌[5]，它是自然界中蝦青素含量最豐富的生物，蝦青素含量可達干重的3.0%，約占類胡蘿卜素總量的90%以上，被譽為天然蝦青素的“濃縮品”。而且，藻源蝦青素是100%左旋，具有較強的生物學活性。雨生紅球藻所處生長環境的不同也會對其蝦青素的含量產生影響，比如在氮源缺乏的環境中，能夠大量積累蝦青素。此外，雨生紅球藻生存力強、生長速率快、耐高溫且易于戶外培養，在蝦青素大規模生產工藝中頗具潛力。

2　蝦青素的生物活性

2.1抗氧化活性

機體的正常有氧代謝會產生自由基和活性氧(reactive oxygen species，ROS)，因其含非配對電子，極不穩定，有很強的生物活性，過量的氧化分子會與蛋白質，脂質和DNA發生鏈式反應，造成氧化損傷。蝦青素是單線態氧的強大猝滅劑，可以清除氧自由基，是一種強大的抗氧化劑[6]。通過比較蝦青素、葉黃素、玉米黃質、β-胡蘿卜素和番茄紅素對多不飽和脂肪酸作用下膜脂過氧化氫生成濃度的影響，McNulty等[7]發現，非極性類胡蘿卜素，如番茄紅素和β-胡蘿卜素會使脂質過氧化物水平升高85%，促進氧化劑對細胞脂質雙分子層的損傷，而蝦青素能使脂質過氧化物水平降低40%。一項動物研究[8]用雨生紅球藻粉飼喂大鼠，結果顯示，其過氧化氫酶、超氧化物歧化酶、過氧化物酶等在血漿和肝細胞中的濃度顯著升高。8-羥基鳥嘌呤可作為DNA氧化損傷的標志物，Edge等[9]發現，β-胡蘿卜素、玉米黃質、番茄紅素和蝦青素可以降低氧化鳥嘌呤核苷水平。

2.2抗炎活性

蝦青素具有強大的抗氧化作用，可以通過調控機體自由基和抗氧化劑之間的平衡發揮間接的抗炎作用。幽門螺桿菌感染可引起胃黏膜的炎癥，感染后機體一般難以將其清除而變成慢性感染，而且，幽門螺桿菌感染可以增加胃潰瘍、十二指腸潰瘍甚至是胃癌的發病風險。有研究報道，富含蝦青素的藻類飲食可以抑制BALB/c小鼠的幽門螺桿菌感染，減輕胃部炎癥程度[10，11]。Park JS等[12]一項為期8w的雙盲隨機對照臨床試驗，選取健康的成年女性為研究對象，結果顯示，蝦青素可以顯著降低DNA損傷的標記物——8-OHdG的水平，并能降低血漿C反應蛋白濃度，證實了蝦青素對人體的抗炎作用。

2.3預防動脈粥樣硬化相關疾病

氧化應激和炎癥是動脈粥樣硬化性心臟病的重要病理生理特征，而蝦青素強大的抗氧化和抗炎活性也提示其潛在的抗動脈粥樣硬化的作用[13]。低密度脂蛋白(low density lipoprotein，LDL)的氧化是導致動脈硬化的重要原因，而高密度脂蛋白(high density lipoprotein，HDL)與冠心病的危險性呈負相關，高水平的HDL 能預防動脈粥狀硬化。研究表明，蝦青素能夠顯著升高HDL并能降低LDL水平，所以蝦青素可能對動脈硬化、冠狀動脈粥樣硬化性心臟病有一定的預防作用[14]。

2.4抗癌活性

癌癥是一種多致病因素疾病，其發病與遺傳、接觸致癌物、氧化損傷、基因突變等因素有關。Tanka T 等[15]研究了飼料中添加蝦青素對致癌物氧化偶氮甲烷所致F344大鼠結腸癌形成過程中的作用，其結果顯示，蝦青素可以顯著降低結腸癌的發病率，并能抑制畸變隱窩病灶的形成，抑制癌細胞的增殖。Kavitha等[16]研究發現，蝦青素可以預防化學物質誘導的倉鼠頰袋腫瘤的發生，并初步探索其機制可能與Nrf2/Keap-1信號通路的激活有關。另外，蝦青素能夠抑制乳腺癌的生長，而其他類胡蘿卜素如β-胡蘿卜素和角黃素則不具備這一功能[17]。總之，越來越多的研究表明，蝦青素具有抑癌、抗癌作用，這些作用主要體現在蝦青素預防腫瘤的發生、抑制腫瘤細胞增殖、促進腫瘤細胞凋亡、抑制腫瘤轉移、增強免疫、增加細胞間通訊等方面[18]。

2.5增強免疫功能

細胞膜上含多不飽和脂肪酸，易于發生脂質過氧化，從而導致細胞膜的流動性和通透性發生改變，最終改變細胞的結構和功能，而蝦青素因其獨特的分子結構，可以插入到脂質雙分子層，所以與β胡蘿卜素和維生素C相比，可以更好地抑制細胞膜上的脂質過氧化，保護細胞膜的結構。免疫細胞對自由基損傷非常敏感，自由基會促進巨噬細胞細胞膜的降解，而損害其吞噬功能。抗氧化物尤其是蝦青素可以保護免疫系統免受自由基的損害。裴凌鵬等[19]發現，蝦青素可以增加S180荷瘤小鼠免疫器官的臟器指數、腫瘤抑制率，并能明顯增強T淋巴細胞百分數，增強其免疫功能。陳立武等[20]也通過動物實驗表明蝦青素可以增加脾細胞的數量，增強其對腫瘤細胞的殺傷作用。Kuan-Hung Lin等[21]發現，對于原代培養的淋巴細胞，蝦青素可以促進脂多糖誘導的干擾素產生，動物實驗也表明，蝦青素會增加IL-2的產生，并能促進脂多糖誘導的淋巴細胞的增殖。并有研究提示，蝦青素可以增強脾臟細胞對抗原的免疫應答，增強抗體的生成[22，23]，促進有絲分裂原誘導的淋巴細胞的增殖，增強NK細胞的細胞毒性，并能增加外周血中T淋巴細胞和B淋巴細胞的總數[12]。一項細胞實驗也證實蝦青素可以促進脾臟細胞和胸腺細胞的增殖，尤其顯著增強脾臟細胞產生多克隆抗體，促進腫瘤壞死因子α和白細胞介素-1α的釋放[24]，因此，蝦青素具有促進免疫細胞增殖和增強免疫的作用。

2.6其他

裴凌鵬等[25]探討了蝦青素對去卵巢骨質疏松模型大鼠骨的密度、骨礦含量的影響，發現蝦青素可以改善骨質量，抑制大鼠去卵巢骨質疏松的發生，具有類似雌激素的效應。

3　天然蝦青素的生物安全性

食物來源的蝦青素是較安全的，但蝦青素是脂溶性的，會在動物組織中積累，大量攝入會使皮膚呈黃色甚至是略帶紅色，同時補充脂類制劑會增加其生物活性，但未發現毒副作用[8，26]。大劑量的蝦青素對血小板、凝血和纖溶功能沒有不良影響[27]。常規推薦蝦青素的攝入量為2～4mg/d，一項臨床試驗選用的紅球藻來源的蝦青素劑量為6mg/d，未發現任何不良影響[28]。另一項臨床研究也發現，人服用紅球藻提取蝦青素40mg/d，連續服用4w并未發現任何不良副作用[29]。

4　結論

近年來，越來越多的研究者圍繞蝦青素進行了大量的體內、體外實驗，結果表明，蝦青素在癌癥、心血管系統疾病、炎癥性疾病等方面都表現出潛在的保護甚至治療作用，而且并未發現蝦青素引起的不良反應。如今，蝦青素已被制成保健品，并作為食用色素、畜牧業和水產品的飼料添加劑得到較為廣泛的應用。但是，目前有關蝦青素的研究數據大多來自于細胞和動物實驗，臨床研究較少，而且現有的臨床試驗樣本量偏少，干預時間較短。所以，未來尚需要大規模臨床試驗來驗證蝦青素在人體的功效，也需要大量基礎研究更深一步探索蝦青素發揮作用的分子機制和涉及的信號通路。◇

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(責任編輯李婷婷)

Research Progress on Sources and Biological Activity of Astaxanthin

LV Ting-ting，LIU Hai-li，FENG Xiao-hui，GE Sheng

(Department of Clinical Nutrition，the Sixth People’s Hospital Affiliated to Shanghai Jiaotong University，Shanghai 200233，China)

Astaxanthin(3，3’-dihydroxy-β，β’-carotene-4，4’-dione) is a carotenoid found in various microorganisms and marine animals.Recent published data showed beneficial effects of astaxanthin on the metabolism in animals and humans in terms of preventing diabetes，cardiovascular diseases，nervous system disease，etc.The paper reviewed research advancements of sources，biological activities and its biological safety of astaxanthin.

astaxanthin; carotenoid; antioxidant

呂亭亭(1990—)女，碩士，研究方向：糖尿病及其營養干預。

葛聲(1967—)，女，博士，碩士生導師，研究方向：營養與慢性代謝性疾病防治。